[Design Pattern] Prototype

프로토타입

원형이 되는 인스턴스로 새로운 인스턴스를 만드는 방식으로, 객체에 의해 생성될 객체의 타입이 결정되는 생성 디자인 패턴

Original 객체를 새로운 객체에 복사하여 필요에 따라 수정하는 메커니즘을 제공합니다.
Java의 clone()을 이용합니다. (Override 필요)

프로토타입 패턴은 주로 다음과 같은 경우 사용됩니다.

프로토타입 패턴은 일반적인 방법, 즉 new 키워드를 사용해 객체를 생성하면 비용(시간과 자원)이 많이 드는 경우
비슷한 객체가 이미 있는 경우

프로토타입 이해 및 예제

DB로부터 가져온 데이터를 여러 차례 수정해야 하는 코드가 있을 때, 매번 new 키워드를 통해 객체를 생성하여 DB 데이터를 가져오는 것은 비효율적입니다.

DB로 접근해서 데이터를 가져오는 행위는 비용이 크기 때문입니다.

따라서 한 번 DB에 접근하여 데이터를 가져온 객체를 필요에 따라 새로운 객체에 복사하여 데이터 수정 작업을 하는 것이 더 좋은 방법입니다.

깊은 복사로 할 지, 얕은 복사로 할 지에 대해선 선택적으로 수행하면 됩니다.

다이어그램

Client에서 clone을 호출하면 해당 원형의 복제된 객체가 생성됩니다.
Prototype은 복제에 필요한 인터페이스를 정의합니다.
ConcretePrototype은 복제하는 구체적인 연산을 구현합니다.

Java로 보는 예시 - ArrayList

클래스를 직접 만들기 전에 자주 사용되는 ArrayList로 한 번 살펴볼게요.

ArrayList class 정의 부분을 보면 Cloneable을 구현하고 있습니다. 그래서 ArrayList를 쓸 때 따로 clone을 정의하지 않아도 clone을 통해 복제할 수 있습니다.

위의 주석 부분을 읽어보면 Shallow copy를 return한다고 나와있습니다.

Shallow copy = 얕은 복사
Deep copy = 깊은 복사

즉, 원본 ArrayList 내의 객체와 같은 객체들을 참조한다는 것입니다.

확인해 보았습니다.

원본 ArrayList와 clone된 ArrayList 내의 객체의 hashCode를 출력했더니 다음과 같이 출력되었습니다.

Origin-----------
1421795058
1555009629
41359092
Copy-----------
1421795058
1555009629
41359092

ArrayList는 얕은 복사를 수행하니 같은 원본, 복사 두 ArrayList는 같은 객체들을 참조함을 확인할 수 있습니다.

Java로 보는 예시 - 직접 작성

그럼 직접 작성해보는 예시로는 깊은 복사를 수행해 봅시다.

우선 위에서 언급한 Cloneable을 구현해야 합니다.

보시면 override로 clone을 구현했습니다. 객체 내부의 리스트를 깊은 복사로 복사합니다.

main을 봅시다. 원본 객체를 복사한 객체를 두 개 생성하고 수정해주었습니다.

출력은 다음과 같습니다.

origin
James
Potter
Lin

NewTeam-1
Potter
Lin

NewTeam-2
James
Potter
Lin

만약 이 리스트가 DB에서 받아오는 것이라면, clone이 없이는 여러번 DB를 조회해야 합니다.

객체를 복사하는 것이 네트워크 접근이나 DB의 접근보다 훨씬 비용이 적은 것을 감안할 때, 한 번의 조회로 여러 수행을 할 수 있으니 큰 비용을 절약할 수 있었습니다.

프로토타입의 장점

객체를 생성하기 위한 별도의 객체 생성 클래스가 불필요 합니다.
- 팩토리 메소드 패턴과는 다르게 Creator가 필요 없음
객체의 각 부분을 조합해서 생성되는 형태에도 적용 가능합니다.

프로토타입의 단점

clone을 이용할 객체들의 자료형인 class에 clone() 메서드를 구현해야 합니다.

프로토타입 활용 용도

run-time에 새로운 제품을 추가하고 삭제할 수 있다.
- 프로토타입 패턴을 이용하면 사용자에게 원형으로 생성되는 인스턴스를 등록하는 것만으로도 시스템에 새로운 제품 클래스를 추가할 수 있게 됩니다. run-time에 새로운 프로토타입을 넣고 빼기가 쉽다는 점에서 다른 생성 패턴에 비해 유연성을 지니고 있습니다.
구조를 다양화 함으로써 새로운 객체를 명세할 수 있다.
- 많은 응용프로그램은 구성요소와 부분 구성요소의 복합을 통해 객체를 구축합니다. 예를 들어, 회로설계를 위한 편집기는 세부 회로를 모아서 큰 회로를 만듭니다. 이런 응용프로그램에서는 편의를 위한 복잡한 사용자 정의 구조를 사용자가 인스턴스화 하여 그 상황에 맞는 세부 회로를 계속 이용할 수 있도록 배려해 줄 때가 많습니다. 복합 회로 객체가 Clone() 연산을 구현함으로써 다른 구조를 갖는 회로의 기본 골격을 만듭니다.
서브클래스의 수를 줄일수 있다.
- 팩토리 메서드를 보면 Creator 클래스의 계통이 처리할 제품 관련 클래스의 계통과 병렬로 복합되는 것을 알 수 있습니다. 프로토타입 패턴에서는 팩토리 메서드에 새로원 객체를 만들어 달라고 요청하는 것이 아니라 원형을 복제하는 것으로, Creator 클래스에 따른 새로운 상속 계층이 필요 없습니다.
동적으로 클래스에 따라 응용프로그램을 설정할 수 있다.
- 몇몇 런타임 환경에서는 동적으로 클래스들을 응용프로그램으로 등록할 수 있도록 해 줍니다. 동적으로 로드 된 클래스의 인스턴스를 생성하고 싶은 응용프로그램은 정적으로 그 클래스의 생성자를 참조할 수 없습니다.
  그 대신 런타임 환경이 그 클래스의 인스턴스를 자동으로 생성하고 원형 관리자에게 등록하면 응용프로그램은 이 원형 관리자에게서 필요한 클래스의 인스턴스를 얻을 수 있게 됩니다.

참조

https://readystory.tistory.com/122

https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=lhs860226&logNo=137674583&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F

https://leetaehoon.tistory.com/55

감사합니다.

Text by Chaelin. Photographs by Chaelin, Unsplash.

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